Cho \(0 \le x \le 2021\) và \({\log _2}(2x + 2) + x - 3y = {8^y}\). Có bao nhiêu cặp số (x;y) nguyên thỏa mãn các điều kiện trên ?

* Hướng dẫn giải

Do \(0 \le x \le 2021\) nên \({\log _2}(2x + 2)\) luôn có nghĩa.

Ta có \({\log _2}(2x + 2) + x - 3y = {8^y}\)

\( \Leftrightarrow {\log _2}(x + 1) + x + 1 = 3y - {2^{3y}}\)

\( \Leftrightarrow {\log _2}(x + 1) + {2^{{{\log }_2}(x + 1)}} = 3y + {2^{3y}}\) (1)

Xét hàm số \(f(t) = t + {2^t}\).

Tập xác định D = R và \(f'(t) = 1 + {2^t}\ln 2 \Rightarrow f'(t) > 0\forall t \in R\)

Suy ra hàm số f(t) đồng biến trên R. Do đó \((1) \Leftrightarrow {\log _2}(x + 1) = 3y \Leftrightarrow x + 1 = {2^{3y}} \Leftrightarrow y = {\log _8}(x + 1)\)

Ta có \(0 \le x \le 2021\) nên \(1 \le x + 1 \le 2022\) suy ra \(0 \le {\log _8}(x + 1) \le {\log _8}2022\).

Lại có \({\log _8}2022 \approx 3,66\) nên nếu \(y \in Z\) thì \(y \in \left\{ {0\,;1\,;2\,;\left. 3 \right\}} \right.\).

Vậy có 4 cặp số (x;y) nguyên thỏa yêu cầu bài toán là các cặp (0;0), (7;1), (63;2), (511;3).